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一、引言
基礎農(nóng)學學科是農(nóng)業(yè)科學的基礎,基礎農(nóng)學的發(fā)展促進了農(nóng)業(yè)科技的進步和創(chuàng)新,推動了農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定協(xié)調(diào)發(fā)展,在我國農(nóng)業(yè)科技中具有基礎性、前瞻性、戰(zhàn)略性的重要作用。
當前,全球農(nóng)業(yè)發(fā)展變革與升級加速,世界各國搶占農(nóng)業(yè)科技發(fā)展制高點的競爭加劇,農(nóng)業(yè)基礎研究與農(nóng)業(yè)科學技術研究將成為基礎農(nóng)學學科科技進步的核心競爭要素。順應科學與技術、經(jīng)濟的加速融合的新常態(tài),必須搶占原始創(chuàng)新的科技制高點,要創(chuàng)新農(nóng)業(yè)科研方法、揭示農(nóng)業(yè)科學原理,力爭突破一批重大基礎理論和方法,要協(xié)同優(yōu)勢力量攻關,突破技術瓶頸,解決一批核心關鍵技術,為農(nóng)業(yè)科技進步提供源頭活力,驅(qū)動本領域創(chuàng)新水平整體躍升,促進解決基礎農(nóng)學學科一些長期懸而未決的重大關鍵技術問題。
從2006年起,中國農(nóng)學會在中國科協(xié)的長期支持下,組織多位院士和專家牽頭,全國農(nóng)業(yè)科研機構(gòu)、高等院校的頂級專家和教授參與的基礎農(nóng)學學科的發(fā)展研究。從各年度選擇基礎農(nóng)學一、二級學科的分支領域,深入開展基礎農(nóng)學學科的研究進展、重大成果、國內(nèi)外研究比較、發(fā)展趨勢和展望的研究。
“2006-2007年”基礎農(nóng)學學科發(fā)展研究報告,選擇了農(nóng)業(yè)植物學、植物營養(yǎng)學、昆蟲病理學、農(nóng)業(yè)微生物學、農(nóng)業(yè)分子生物學與生物技術、農(nóng)業(yè)數(shù)學、農(nóng)業(yè)生物物理學、農(nóng)業(yè)氣象學、農(nóng)業(yè)生態(tài)學、農(nóng)業(yè)信息科學等10大分支領域開展專題研究?!?008-2009年”基礎農(nóng)學學科發(fā)展研究報告,選擇了作物種質(zhì)資源學、作物遺傳學、作物生物信息學、作物生理學、作物生態(tài)學、農(nóng)業(yè)資源學、農(nóng)業(yè)環(huán)境學等7大分支領域開展專題研究?!?010-2011年”基礎農(nóng)學學科發(fā)展研究報告,選擇了農(nóng)業(yè)生物技術、植物營養(yǎng)學、灌溉排水技術、耕作學與農(nóng)作制度、農(nóng)業(yè)環(huán)境學、農(nóng)業(yè)信息學、農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工技術、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全技術、農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃學等9大分支領域開展專題研究?!?012-2013年”基礎農(nóng)學學科發(fā)展研究報告,確定了作物遺傳育種、植物營養(yǎng)學、作物栽培、耕作學與農(nóng)作制度、農(nóng)業(yè)土壤學、農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工技術、植物病蟲害、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全技術、農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃學、農(nóng)業(yè)信息學、農(nóng)業(yè)環(huán)境學、灌溉排水技術等12個分支領域進行專題研究?!?014-2015年”基礎農(nóng)學學科發(fā)展研究報告,確定了動物生物技術、植物生物技術、微生物生物技術、農(nóng)業(yè)信息技術、農(nóng)業(yè)信息分析、農(nóng)業(yè)信息管理等6個分支領域進行專題研究。
當前,我國正處于深入貫徹落實創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、加快建設創(chuàng)新型國家的關鍵時期,事業(yè)單位分類改革、科技體制改革、中央財政科技計劃改革等不斷深化,農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的進步持續(xù)加快,對基礎農(nóng)學學科的研究顯現(xiàn)出更加重要的地位和影響。“2016-2017年基礎農(nóng)學學科發(fā)展報告”是在前期五次基礎農(nóng)學學科發(fā)展研究的基礎上進行的,首席科學家為劉旭,主持人為梅旭榮、鄒瑞蒼,確定了農(nóng)業(yè)環(huán)境保護、農(nóng)產(chǎn)品加工、農(nóng)業(yè)耕作制度等3個分支領域進行專題研究,其中農(nóng)業(yè)環(huán)境保護領域、農(nóng)產(chǎn)品加工領域作為農(nóng)業(yè)科技中的熱點、難點和焦點問題,直接影響到城鄉(xiāng)居民生活和民生質(zhì)量,引起了社會的普遍關注,農(nóng)業(yè)耕作制度領域是傳統(tǒng)的研究領域,在新的歷史時期被賦予了新的內(nèi)容和使命。
在研究過程中,各專題和綜合組召開了多次研討會,廣泛征求各個領域?qū)<业囊庖娕c建議,在多位專家的共同執(zhí)筆下,經(jīng)反復研討和修改,幾易其稿,形成各專題學科發(fā)展報告。在各專題學科發(fā)展報告基礎上,綜合組形成了“2016-2017基礎農(nóng)學學科發(fā)展報告”。該報告的成稿包含了農(nóng)業(yè)領域廣大科技人員的集體智慧。由于研究時間短,資料數(shù)據(jù)收集有限,對部分領域的前沿研究和國內(nèi)外對比研究等還不夠充分,不妥之處在所難免,懇請讀者批評指正。
二、最新研究進展
2016-2017年,圍繞國際科技前沿、國家重大需求、“三農(nóng)”主戰(zhàn)場,堅持需求導向和問題導向,在農(nóng)業(yè)環(huán)境保護、農(nóng)產(chǎn)品加工和農(nóng)業(yè)耕作制度等基礎農(nóng)學領域研究均取得了理論、方法、技術以及技術集成模式等方面的重要進展,科技創(chuàng)新能力快速提升,涌現(xiàn)出了一批農(nóng)業(yè)生產(chǎn)急需、科學意義重大、社會經(jīng)濟效益顯著的科技成果,縮小了與國際先進水平的差距,為我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展保駕護航。
(一)農(nóng)業(yè)環(huán)境保護
近年來,我國農(nóng)業(yè)按照“五位一體”總體布局,大力加強生態(tài)文明建設和農(nóng)業(yè)環(huán)境保護工作,治理農(nóng)業(yè)突出環(huán)境問題,推進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展,提高農(nóng)業(yè)適應氣候變化能力,實施了 “一控兩減三基本” 農(nóng)業(yè)污染治理和農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展“五大行動”,不斷開拓生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路。與此相對應,農(nóng)業(yè)環(huán)境保護作為新興交叉學科領域,緊跟國際科技前沿和國內(nèi)重大需求,聚焦面源污染治理、產(chǎn)地環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)應對氣候變化、環(huán)境控制等重點學科方向和科學問題,加強應用基礎研究和技術研發(fā),探索農(nóng)業(yè)綠色低碳循環(huán)發(fā)展模式,不斷豐富學科內(nèi)涵和推動學科發(fā)展,引領和支撐了農(nóng)業(yè)領域的生態(tài)文明建設。
1.研究進展
?。?)產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量控制與修復
產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量控制與修復重點研究農(nóng)業(yè)投入品、大氣沉降、灌溉等帶入的外源污染物和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自身產(chǎn)生的內(nèi)源污染物對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤、水、大氣和農(nóng)田生態(tài)等污染的控制和以及退化產(chǎn)地環(huán)境的修復。近年來,隨著人民生活水平的不斷提高,農(nóng)產(chǎn)品的增長由數(shù)量型轉(zhuǎn)向質(zhì)量型,人們對農(nóng)產(chǎn)品和食品的質(zhì)量提出更高的要求,農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量問題受到政府和社會的高度重視,全面改善和控制農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量勢在必行,相關科研工作也日益受到各方面關注,取得了明顯進展。
平原河網(wǎng)區(qū)農(nóng)田面源污染系統(tǒng)控制4R技術。即源頭減量(Reduce)、過程阻斷(Retain)、養(yǎng)分回用(Reuse)和生態(tài)修復(Restore),以源頭減量為根本,以減少排放和過程攔截為重點,以養(yǎng)分回用為抓手,以生態(tài)修復和水質(zhì)改善為目標,沿著氮磷在農(nóng)田系統(tǒng)內(nèi)的運移過程,實現(xiàn)農(nóng)田面源污染的全過程防控和全空間覆蓋。
山地丘陵區(qū)種植業(yè)氮磷流失綜合控制技術。研發(fā)了適合山地丘陵區(qū)種植業(yè)保護性耕作、增效環(huán)保肥研發(fā)與減量施用、節(jié)水灌溉與養(yǎng)分管理聯(lián)合調(diào)控、徑流收集再利用等技術,構(gòu)建以農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)為基礎、養(yǎng)分全程調(diào)控、水田濕地消納為核心的山地丘陵種植業(yè)氮磷減排技術體系。
北方灌區(qū)農(nóng)田面源污染流域控制與管理技術。以農(nóng)田化肥氮磷合理減量作為源控突破點,以農(nóng)田排水安全循環(huán)利用為流域末端控制突破口,實施全過程多個節(jié)點的聯(lián)控聯(lián)防,并結(jié)合區(qū)域水質(zhì)目標管理的要求,實現(xiàn)農(nóng)田面源污染的流域防控,切實改善灌區(qū)水體環(huán)境質(zhì)量。
復合污染土壤的聯(lián)合修復技術??朔藛我坏纳铩⑽锢?、化學等修復手段對復合污染的修復效果的局限,很大程度上提高了復合污染土壤的修復效率、降低了修復成本。
地膜回收機具的關鍵技術。開發(fā)出了滾筒式、彈齒式、齒鏈式、滾輪纏繞式和氣力式等殘膜回收機具,提高殘膜的回收和利用,并在光—生物全降解膜研制方面取得了進展,但仍需要在降解的可控性和穩(wěn)定性方面提高技術的就緒度。
畜禽養(yǎng)殖污染防治新技術模式。發(fā)展了微生物發(fā)酵床污染源頭控制模式,利用植物廢棄物如谷殼、秸稈、鋸糠、椰糠等材料制作發(fā)酵床墊層,接種微生物,豬養(yǎng)殖在墊層上,排出的糞便由微生物分解消納,原位發(fā)酵成有機肥。隨著實踐的發(fā)展,異位發(fā)酵床養(yǎng)殖模式改變了原位發(fā)酵床的畜禽養(yǎng)殖模式,將畜禽養(yǎng)殖與發(fā)酵床分離,可以解決畜禽通過墊料攜帶病原菌發(fā)生病害的隱患和便于機械化翻堆的問題,同時也避免了由于床體溫度過高不利于畜禽生長的問題。
畜禽養(yǎng)殖廢水碳氮磷協(xié)同處理技術。基于廢水生物處理碳氮轉(zhuǎn)化與碳源堿度耦聯(lián)機制,通過系統(tǒng)集成微動力曝氣、碳源配置、反硝化除磷等技術和“厭氧-微好氧”SBR運行模式,構(gòu)建養(yǎng)殖廢水“UASB-原水分步控制-厭氧/微好氧SBR”碳源堿度自平衡技術體系,顯著降低了畜禽養(yǎng)殖廢水處理工程投資和處理成本,實現(xiàn)了養(yǎng)殖廢水處理的高效低耗穩(wěn)定運行與達標排放。
農(nóng)業(yè)應對氣候變化 “十二五”以來,黨中央國務院高度重視應對氣候變化工作,把推進綠色低碳循環(huán)發(fā)展作為生態(tài)文明建設的重要內(nèi)容,作為加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式、調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的重大機遇,有效控制溫室氣體排放,增強適應氣候變化能力。與此相對應,應對氣候變化各項科技工作均取得了重大進展。
氣候變化對農(nóng)業(yè)影響及其適應:歷史氣候變化對農(nóng)業(yè)影響研究取得新認識,我國四種主要作物水稻、小麥、玉米、大豆對主要氣候變量(氣溫、降雨、輻射以及氣候總體)的變化趨勢敏感性正負并存。未來氣候變化及適應措施評價,轉(zhuǎn)向多模式、多模型比較方式。
農(nóng)業(yè)減緩氣候變化:近年來,國家提出了“一控兩減三基本”的政策方針,對化肥減施增效和有機廢棄物利用等提出了新要求,這為農(nóng)業(yè)固碳減排研究提出了新挑戰(zhàn),帶來了新機遇。農(nóng)業(yè)固碳減排的機理研究從單一的土壤學機制向生物信息學、農(nóng)學、植物學和地理學等多學科交叉的領域擴展。今后的趨勢是點面結(jié)合,試驗與模型結(jié)合,試驗與集成化數(shù)據(jù)分析結(jié)合。
氣候智慧型農(nóng)業(yè):近年來,我國氣候智慧型農(nóng)業(yè)在向多目標與集成化的方向發(fā)展,形成了一批適應不同區(qū)域特點和農(nóng)作制發(fā)展方向的新型模式,如南方水稻主產(chǎn)區(qū)的稻田多熟高效農(nóng)作制模式、麥-稻兩熟區(qū)高產(chǎn)高效及環(huán)保農(nóng)作制模式、麥-玉兩熟區(qū)節(jié)本高效農(nóng)作制模式、東北平原地力培育與持續(xù)高產(chǎn)農(nóng)作制模式以及西北地區(qū)水土資源高效利用農(nóng)作制模式等。
(3)農(nóng)業(yè)氣象與減災
農(nóng)業(yè)氣象災害風險管理研究成為我們國家重大自然災害風險綜合防范研究領域的重要內(nèi)容,在農(nóng)業(yè)氣象災害成災機理、農(nóng)業(yè)氣象災害指標體系建立、監(jiān)測預警、風險評估、風險轉(zhuǎn)移等方面取得重要進展。
農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測預警:隨著現(xiàn)代信息技術在農(nóng)業(yè)氣象領域的深入滲透和快速發(fā)展,農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測預警展現(xiàn)出創(chuàng)新性發(fā)展勢頭。農(nóng)業(yè)氣象觀測服務已經(jīng)從單一指標、單一技術和單一平臺提升至目前的空―天―地一體化集成創(chuàng)新式立體監(jiān)測預警體系,農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測預警平臺的信息化程度向更廣泛、更深入的方向發(fā)展,從簡單技術向綜合性信息集成、智慧化方面發(fā)展,監(jiān)測預警服務內(nèi)容涵蓋從作物種植、生產(chǎn)、管理到農(nóng)業(yè)投入產(chǎn)出等各個環(huán)節(jié)。
作物生長模擬模型:作物模型的研究與應用,是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)從粗放經(jīng)驗管理向數(shù)字化、模式化、信息化管理轉(zhuǎn)變的必由之路。隨著計算機模擬能力的提高,作物系統(tǒng)相關學科的發(fā)展,以及環(huán)境信息獲取技術的進步等成果相繼被應用于模型研究中,作物模擬模型資料獲取方法日益成熟,模擬的準確性日益提高,模型與計算機技術、地理信息系統(tǒng)技術、遙感技術等的結(jié)合應用更加緊密,模型的應用領域更加廣泛。
農(nóng)業(yè)氣候資源利用:研究氣候變化變化背景下的農(nóng)業(yè)氣候資源利用問題成為全球熱點,我國利用氣候和地理信息資料,建立了農(nóng)業(yè)氣候資源的空間分析模型,綜合應用“3S”技術進行精細網(wǎng)格氣候資源推算與分析,使縣級區(qū)劃工作的精度可達到村一級水平;與此同時,農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的內(nèi)涵與范疇、理論與方法在實踐中也相應地被延伸與擴展,突破與更新,為農(nóng)業(yè)氣候資源的高效利用提供了方法。
農(nóng)業(yè)氣象災害評估與減災技術:作物模擬模型、數(shù)值模式、數(shù)學仿真技術以及數(shù)理統(tǒng)計新技術、新方法等的引入、融合和創(chuàng)新發(fā)展,成為災害風險評估技術方法發(fā)展的重點;在災害風險形成機制、致險機理等基礎理論研究、風險量化、評估模型構(gòu)建等技術方法研究方面取得重要突破?;谵r(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預警、風險評估的結(jié)果,農(nóng)業(yè)氣象減災技術更加有針對性,將逐步形成減損保產(chǎn)節(jié)本增效農(nóng)業(yè)減災技術體系。
農(nóng)業(yè)氣象災害風險管理:目前我國農(nóng)業(yè)氣象災害風險管理從單災種向多災種和復合災種的風險研究轉(zhuǎn)變,從關鍵災變過程到災變?nèi)^程轉(zhuǎn)變,從區(qū)域影響向全球影響轉(zhuǎn)變,風險處置手段從單一手段向綜合手段轉(zhuǎn)變。農(nóng)業(yè)氣象災害風險管理逐步從單一的風險防范手段轉(zhuǎn)向建設綜合防范體系,逐步建立綜合性災害風險管理體系,進一步完善農(nóng)業(yè)氣象災害預警機制,建立和完善農(nóng)業(yè)氣象災害保險制度,建立科學合理的生態(tài)環(huán)境補償機制。
?。?)設施栽培農(nóng)業(yè)
20世紀80年代以來,隨著現(xiàn)代工業(yè)向農(nóng)業(yè)的滲透,設施栽培農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速,并成功突破了氣候、資源限制,實現(xiàn)果蔬、花卉等產(chǎn)品的周年供給。截至2016年底,我國設施栽培面積已達462.7萬公頃,總產(chǎn)值9800多億元,并創(chuàng)造了4300多萬個就業(yè)崗位。相關領域的科學研究在近幾年取得明顯進展,引領和支撐了設施農(nóng)業(yè)的發(fā)展。
設施結(jié)構(gòu)改進與創(chuàng)新:在設施結(jié)構(gòu)工程方面,開發(fā)出多個系列的新型溫室結(jié)構(gòu),制定出設施區(qū)域標準,形成了獨具特色的結(jié)構(gòu)體系。目前日光溫室已經(jīng)成為中國北方最為重要的溫室類型,其結(jié)構(gòu)優(yōu)化也成為研究熱點。
節(jié)能型設施環(huán)境調(diào)控技術:設施環(huán)境調(diào)控與智能化管理技術取得重大進展,溫室節(jié)能與新能源應用研究受到普遍重視。通過技術引進,自主創(chuàng)新,我國大型連棟溫室的通風、降溫、加溫、補光、CO2施肥等環(huán)境調(diào)控技術得到全面提升,顯著提高了日光溫室環(huán)境控制性能、降低能耗與運行成本等。
設施無土栽培模式與配套技術:設施蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效輕便起壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培技術,提高了根區(qū)蓄熱保溫能力,有效應對冬季低溫。有機生態(tài)型無土栽培技術,在生產(chǎn)過程中應施用有機肥,用清水進行灌溉,從而達到低耗能、無污染的目的。立體多層栽培,充分利用溫室空間和太陽能,提高土地利用率3-5倍,同時提高單位面積產(chǎn)量2-3倍。
2.重大成果
?。?)養(yǎng)殖廢棄物微生物發(fā)酵床處理—資源化技術
該成果主要通過微生物發(fā)酵模式控制養(yǎng)殖廢棄物外排,以源頭控制理念,采用多途徑的協(xié)同處理,將養(yǎng)殖場廢棄物全部收集。原位發(fā)酵床+固體一體化發(fā)酵技術主要是利用發(fā)酵床內(nèi)的微生物將養(yǎng)殖糞尿進行原位分解;異位發(fā)酵床+固體一體化發(fā)酵技術主要是利用發(fā)酵床內(nèi)的微生物將養(yǎng)殖糞尿進行原位分解,從而降低污染物的外排;一體化發(fā)酵技術針對養(yǎng)殖場的固體和液體廢棄物污染問題采用一體化發(fā)酵裝置,實現(xiàn)對廢液的大規(guī)模連續(xù)發(fā)酵;種養(yǎng)一體化模式主要是將沼液或者養(yǎng)殖廢水收集后堆置于發(fā)酵池內(nèi),并添加生物腐植酸菌劑進行微生物發(fā)酵;保氮除臭免通氣槽式堆肥發(fā)酵是在畜禽糞便等有機固體廢棄物原料中,添加篩選的高效腐熟菌劑和調(diào)理劑等最終將其轉(zhuǎn)化為無臭無味、富含有機質(zhì)和植物營養(yǎng)元素的優(yōu)質(zhì)有機肥。微生物發(fā)酵床具有“五省、四提、三無、兩增、一少、零污染”的優(yōu)點?!拔迨 奔词∷⑹」?、省料、省藥、省電;“四提”即提高品質(zhì)、提高豬抗病力、提早出欄、提高肉料比;“三無”即無臭味、無蠅蛆、無環(huán)境污染;“兩增”即增加經(jīng)濟效益,增加生態(tài)效益;“一少”即減少豬肉藥物殘留;“零污染”即豬糞尿微生物在豬舍內(nèi)原位降解,污水零排放。該技術實現(xiàn)養(yǎng)殖廢棄物的全循環(huán),獲得了一定的社會和生態(tài)效益。
?。?)氣候變化農(nóng)業(yè)影響及其應對:氣候智慧型農(nóng)業(yè)
建立了氣候變化影響評估技術體系。國家科技支撐計劃“全球環(huán)境變化應對技術研究與示范”項目,完成主要農(nóng)業(yè)種植區(qū)域適應氣候變化的能力和障礙因素,在寧夏、黑龍江、甘肅、新疆和西藏建立適應氣候變化示范基地,形成一套完整的適應框架,對全國各省市制定氣候變化適應框架和適應行動具有指導意義。適應氣候能力得到提升,制定并實施了《國家適應氣候變化戰(zhàn)略》。在生產(chǎn)力布局、基礎設施、重大項目規(guī)劃設計和建設中考慮氣候變化因素,適應氣候變化特別是應對極端氣候事件能力逐步加強。開展適應氣候變化技術的研發(fā)和應用示范。發(fā)展適應方法學與工具模型、實用適應技術清單,開展適應政策制定與實施機制的方法學研究,研發(fā)適應政策的動態(tài)監(jiān)控與評估關鍵技術,構(gòu)建適應決策支持系統(tǒng),探索增強適應能力技術的途徑。定量評價農(nóng)田有機碳動態(tài)演變及固碳潛力。在建成中國農(nóng)田土壤有機碳(2000個數(shù)據(jù))及溫室氣體排放(350個實測數(shù)據(jù))數(shù)據(jù)庫基礎上,定量評價了農(nóng)田土壤有機質(zhì)對作物生產(chǎn)力的控制作用,定量評估了農(nóng)田土壤有機碳固定及其自然與農(nóng)業(yè)技術潛力,延伸發(fā)展了農(nóng)業(yè)固碳減排計量方法學并應用于中國農(nóng)業(yè)碳足跡分析評價。突破反芻動物飼養(yǎng)及糞便廢棄物管理溫室氣體監(jiān)測和減排技術。建立了從畜禽飼養(yǎng)到其糞便管理全鏈條飼養(yǎng)效率提升、溫室氣體減排的技術體系;探尋粗精料搭配的最佳比例,達到保證動物健康又減少溫室氣體排放的目的。
2015年“全球環(huán)境基金—中國氣候智慧型主要糧食作物生產(chǎn)項目”正式實施,這是在我國實施的首個氣候智慧型農(nóng)業(yè)項目。項目圍繞水稻、小麥、玉米三大作物生產(chǎn)系統(tǒng),在主產(chǎn)區(qū)安徽和河南建立10萬畝示范區(qū),開展小麥-水稻和小麥-玉米生產(chǎn)減排增碳的關鍵技術集成與示范、配套政策的創(chuàng)新與應用、公眾知識的拓展與提升等活動,探索建立氣候智慧型作物生產(chǎn)體系的技術模式與政策創(chuàng)新,增強作物生產(chǎn)對氣候變化的適應能力,推動中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的節(jié)能減排,為世界作物生產(chǎn)應對氣候變化提供成功經(jīng)驗和典范。
?。?)農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預警、風險評估與防控關鍵技術
“十二五”以來,實施了“重大突發(fā)性自然災害預警與防控技術研究與應用”和“農(nóng)林氣象災害監(jiān)測預警與防控關鍵技術研究”兩個國家科技支撐計劃項目,以及針對季節(jié)性干旱、澇漬、高溫等主要農(nóng)業(yè)氣象災害防御關鍵技術的3個農(nóng)業(yè)行業(yè)專項,在重大農(nóng)業(yè)氣象災害農(nóng)田尺度地面監(jiān)測技術、立體監(jiān)測與動態(tài)評估技術、預測預警技術、風險評估與管理技術以及防控技術方面取得一系列突破性的研究成果。災害監(jiān)測的時效性和準確率得到進一步提高,災害影響動態(tài)評估水平得到明顯提升,形成了迄今有關農(nóng)業(yè)氣象災害風險領域最全面和系統(tǒng)的研究成果,同時建立了分區(qū)域、分作物、分災種、分季節(jié)的適合當?shù)剞r(nóng)業(yè)特點的干旱與低溫防控技術體系,為各地區(qū)重大農(nóng)業(yè)氣象災害應急和防控提供科技支撐。開展了基于天氣指數(shù)的農(nóng)業(yè)氣象災害保險研究,通過天氣指數(shù)量化農(nóng)業(yè)災害損失,研發(fā)保險產(chǎn)品,作為農(nóng)業(yè)氣象災害風險轉(zhuǎn)移的重要手段,創(chuàng)新性的研究成果已經(jīng)得到比較廣泛的應用。在2016年“中央一號”文件中,提出探索開展天氣指數(shù)保險試點。
?。?)作物生長模擬模型集成應用
近年來,農(nóng)業(yè)氣象模擬模型主要以廣泛而深入的應用為目的,評價和預測不同環(huán)境條件下作物生長發(fā)育與產(chǎn)量形成過程,評價作物氣候年景、農(nóng)業(yè)對氣候敏感性、作物生長的動態(tài)預測等。 “作物生長模擬模型資源構(gòu)建機制與集成模式”,提高了作物生長模型的共享與集成能力。 “基于墑情和苗情結(jié)合的麥田旱情預警與高效節(jié)灌技術”,實現(xiàn)了麥田旱情的多尺度圖示化實時評價與預報,以及節(jié)灌技術指導方案的可視化發(fā)布。 “設施作物生產(chǎn)智慧決策與集群控制關鍵技術研究應用”,研制了集智慧決策、智能管控為一體的軟硬件系統(tǒng)。
(5)中國農(nóng)業(yè)氣候資源圖集
在國家科技基礎性專項的支持下,開展了氣候變化背景下農(nóng)業(yè)氣候資源分析與利用的研究,利用信息技術手段,按照農(nóng)業(yè)氣候資源統(tǒng)一的規(guī)范標準,整合農(nóng)業(yè)氣候資源數(shù)據(jù),規(guī)范農(nóng)業(yè)氣候資源指標生成方法,完成了中國農(nóng)業(yè)氣候資源數(shù)字化圖集的編制工作。在此基礎上,精選1000余圖幅,編輯出版了《中國農(nóng)業(yè)氣候資源圖集》四卷(包括綜合卷、光溫資源卷、作物水分資源卷和農(nóng)業(yè)氣象災害卷),以及《中國主要農(nóng)作物生育期圖集》一卷。該系列圖集系統(tǒng)反映了氣候變化引起的農(nóng)作物種植區(qū)域、作物生育期和各作物生育期氣候資源變化的特征,并首次編制了作物水分資源和農(nóng)業(yè)氣象災害卷,為合理利用農(nóng)業(yè)氣候資源、優(yōu)化農(nóng)業(yè)布局、加強農(nóng)業(yè)風險管理提供了科學依據(jù),在我國農(nóng)業(yè)氣象研究領域具有里程碑意義。
?。?)設施蔬菜連作障礙防控關鍵技術及其應用
該成果獲得2016年度國家進步獎二等獎,創(chuàng)建“除障因、增抗性、減鹽漬”三位一體連作障礙防控系統(tǒng)解決方案,為設施蔬菜安全可持續(xù)生產(chǎn)提供了技術保障。近三年該成果在魯、豫、冀、浙和閩等省推廣1346.6 萬畝,畝增效益550-2722元,經(jīng)濟效益達220.64 億元,農(nóng)藥化肥節(jié)支27.9億元,輻射近二十省70%設施蔬菜連作障礙高發(fā)區(qū),實現(xiàn)了蔬菜穩(wěn)產(chǎn)高效、安全和生態(tài)環(huán)保多贏。
?。?)智能植物工廠能效提升與營養(yǎng)品質(zhì)調(diào)控關鍵技術
中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所楊其長研究員等牽頭完成的“智能植物工廠能效提升與營養(yǎng)品質(zhì)調(diào)控關鍵技術”獲得2016年北京市科技進步二等獎;該成果實現(xiàn)了植物工廠核心技術的重大突破,使我國成為國際上少數(shù)掌握植物工廠高技術的國家,率先在國際上提出了植物“光配方”思想,發(fā)明了多光質(zhì)組合(R/G/B/FR)植物LED節(jié)能光源、基于室外冷源與空調(diào)協(xié)同調(diào)溫的植物工廠節(jié)能環(huán)境控制技術及配套裝備以及基于物聯(lián)網(wǎng)的植物工廠智能化管控技術,實現(xiàn)對植物工廠溫度、濕度、CO2濃度以及營養(yǎng)液EC、pH、DO等要素的在線檢測、遠端訪問、程序更新及其基于網(wǎng)絡的遠程智能化管控。項目成果已在北京等20多個省市自治區(qū)和部隊系統(tǒng)的200多個園區(qū)和農(nóng)業(yè)企事業(yè)單位推廣應用,經(jīng)濟、社會效益顯著。
(二)農(nóng)產(chǎn)品加工
1.研究進展
?。?)食品加工
糧油加工:快速無損檢測技術發(fā)展迅速,以近紅外光譜技術為代表的糧油品質(zhì)快速檢測技術和裝備較好地解決了原糧質(zhì)量快速檢測及分等分級問題。在油脂加工領域,一批前沿技術已經(jīng)得到應用。新型低碳鏈烷烴浸出技術已獲得生產(chǎn)企業(yè)認可,在連續(xù)進料、逆流浸出、低溫脫溶等技術方面取得突破。
肉類加工:生鮮肉加工技術方面,形成了羊胴體分割分級技術、肉牛胴體分級技術、高阻隔真空熱收縮包裝新型技術、冷凍畜禽肉高濕變頻解凍技術,大大降低了宰后的損失率。
果蔬加工:“十二五”期間,科研機構(gòu)集中力量研究果蔬干燥的前沿技術,對果蔬變溫壓差膨化干燥技術、中短波紅外干燥技術、玻態(tài)干燥技術、熱泵干燥技術、真空微波干燥技術、滾筒干燥技術等進行了系統(tǒng)研究。果蔬制汁方面,以超高壓技術為代表的非熱加工技術的發(fā)展,使果蔬汁低溫滅菌成為可能。制粉方面,噴霧干燥仍然在果蔬制粉產(chǎn)業(yè)上占據(jù)優(yōu)勢地位。
?。?)農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全
農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全風險評估:風險評估技術在我國呈現(xiàn)迅速發(fā)展的態(tài)勢,目前已經(jīng)建立和開發(fā)了基于中國居民膳食消費習慣的暴露概率評估模型與軟件,實現(xiàn)了與CAC食品編碼協(xié)調(diào)橋梁數(shù)據(jù)庫的有效銜接,使我國成為繼美國、歐盟之后第3個實現(xiàn)概率性評估的國家,提高了我國食品安全風險評估的精度;研究建立的食物消費量高端暴露中國人群參數(shù),成為聯(lián)合國糧農(nóng)組織、世界衛(wèi)生組織短期膳食暴露國際評估軟件中的重要參數(shù),結(jié)束了過去依賴歐、美、加、日、澳等少數(shù)發(fā)達國家的歷史。
農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全檢測與標準化:檢測與危害識別技術開始由定向檢測到非定向檢測初步轉(zhuǎn)變,精度和廣度得到一定提升??焖贆z測試劑和裝備產(chǎn)業(yè)化水平明顯提升,市場監(jiān)管和應對突發(fā)事件能力顯著增強。在標準方面,我國共牽頭和參與制定了 11 項國際標準。主導并參與了二噁英、氯丙醇、丙烯酰胺、真菌毒素等國際控制操作規(guī)范的制定,提升了我國農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全地位,保護了我國經(jīng)濟利益。
農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全溯源:初步構(gòu)建了牛、羊產(chǎn)地溯源的同位素指紋、礦物元素指紋、虹膜識別技術以及豬個體DNA指紋溯源技術。
農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全過程控制:加工過程危害物控制。近年來,我國對加工過程中的危害因子的形成機理、檢測方法、風險評估以及有效的抑制措施等展開了大量研究,突破了糧油、蔬果、畜禽及其制品、水產(chǎn)、茶葉等生產(chǎn)、加工和運輸過程中的控制技術,形成了操作規(guī)范。加工過程營養(yǎng)品質(zhì)保持。在油脂加工領域,新型低碳鏈烷烴浸出技術已獲得生產(chǎn)企業(yè)認可。酶法制油方面,開展了膨化預處理-水酶法提油技術在大豆加工中的應用。果蔬制汁方面,以超高壓技術為代表的非熱加工技術的發(fā)展,使果蔬汁低溫滅菌成為可能。
?。?)食物營養(yǎng)與功能
營養(yǎng)功能成分活性保持與遞送:隨著營養(yǎng)功能食品在食品領域中受到越來越廣泛的關注,設計構(gòu)建運載體系結(jié)構(gòu),實現(xiàn)食品中功能活性物質(zhì)體內(nèi)靶向釋放及定向分布,促進其體內(nèi)生物活性的發(fā)揮,是近年來營養(yǎng)功能成分活性穩(wěn)態(tài)化保持與有效遞送技術研究的重要進展。
營養(yǎng)功能成分分析檢驗技術:當前,檢測技術靈敏度、準確度不斷提高、快速檢測技術實時化、現(xiàn)場化、儀器小型化趨勢不斷加強,量子化學、光譜學、質(zhì)譜學、分子生物學、納米科學、高分子材料學等學科中的新理論新技術不斷應用其中。大數(shù)據(jù)分析、新數(shù)學模型的建立與引入、新興信息技術對風險分析、風險評價、風險預警、風險信息交流等風險評估階段的影響日益深遠。
基于大數(shù)據(jù)的個性化營養(yǎng)功能性食品設計:通過應用大數(shù)據(jù)的相關理論,結(jié)合我國營養(yǎng)健康領域的實際情況,探討了大數(shù)據(jù)對慢性病防控、疾病預測、個性化健康管理、食品風險評估等方面的影響,為營養(yǎng)健康領域的研究提供了新的視角。
營養(yǎng)功能食品功效評價技術:近年來,國內(nèi)開展食物及其營養(yǎng)組分、活性功能因子活性評價,研究食品中營養(yǎng)成分、功能因子對于人體健康及疾病特征指標的影響的技術手段與方法已然逐漸成熟,開展多組學功效評價與精準化營養(yǎng)干預效果驗證研究也不乏其例,有關膳食-腸道菌群-人體健康關系的研究成果凸顯出廣闊的發(fā)展前景。
?。?)農(nóng)產(chǎn)品貯藏與保鮮
MCP技術在果蔬貯藏保鮮中的應用:可顯著減緩香蕉、蘋果、番木瓜、梨、獼猴桃和壺瓶棗等呼吸躍變型果實的后熟和軟化進程,抑制躍變型果實乙烯的合成,阻止或延緩乙烯作用的發(fā)揮,從而延緩果實的成熟衰老大大地提高貯藏品質(zhì)。
短波紫外線在鮮切果蔬保鮮中的應用:采用適宜劑量的UV-C照射處理,改善鮮切即時果蔬的保鮮品質(zhì)。通過減少表面微生物、非生物脅迫效應等來延長果蔬貯藏保鮮期,同時在產(chǎn)品表面形成一層干燥的薄膜,減少果蔬汁液的流失和風味物質(zhì)的散失,改善產(chǎn)品品質(zhì)。
氣調(diào)貯藏對高附加值果蔬的保鮮:氣調(diào)包裝工藝可以在不使用化學添加劑的情況下有效延長果蔬食品的貨架期,維持果蔬較高的品質(zhì),因此在果蔬貯藏保鮮方面得到迅速發(fā)展。
果蔬預冷技術與應用:開發(fā)了國內(nèi)分體式、一體式壓差預冷裝置,果蔬從采收溫度冷卻到目標溫度只需要1-6 h,具有冷卻均勻,兼做冷藏庫,適宜多種果蔬預冷。
2.重大成果
?。?)食品加工系列關鍵技術
在工業(yè)化連續(xù)高效分離提取、非熱加工、低能耗組合干燥等食品綠色制造技術裝備上取得了重大突破;開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高效發(fā)酵劑與益生菌等;方便營養(yǎng)的谷物食品、果蔬制品及低溫肉制品等一批關系國計民生、量大面廣的大宗食品的產(chǎn)業(yè)化開發(fā),大幅度提高了農(nóng)產(chǎn)品的加工轉(zhuǎn)化率和附加值;在超高壓殺菌、無菌灌裝、自動化屠宰、在線品質(zhì)監(jiān)控和可降解食品包裝材料等方面研究取得重大突破,開發(fā)了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術與先進裝備;食品物流從“靜態(tài)保鮮”向“動態(tài)保鮮”轉(zhuǎn)變,在快速預冷保鮮、氣調(diào)包裝保藏、適溫冷鏈配送等方面取得了顯著成效。“油料功能脂質(zhì)高效制備關鍵技術與產(chǎn)品創(chuàng)制”“果蔬益生菌發(fā)酵關鍵技術與產(chǎn)業(yè)化應用”“黑茶提質(zhì)增效關鍵技術創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化應用”“黃酒綠色釀造關鍵技術與智能化裝備的創(chuàng)制及應用”“重要脂溶性營養(yǎng)素超微化制造關鍵技術創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化”、“中國葡萄酒產(chǎn)業(yè)鏈關鍵技術創(chuàng)新與應用”、“金槍魚質(zhì)量保真與精深加工關鍵技術及產(chǎn)業(yè)化”、“番茄加工產(chǎn)業(yè)化關鍵技術創(chuàng)新與應用”等成果榮獲2016-2017年國家科學技術獎。
?。?)貯藏加工過程真菌毒素形成機理及防控技術
開展了我國主要糧油農(nóng)產(chǎn)品儲藏過程中真菌菌群變化規(guī)律、真菌毒素形成的分子機理、真菌毒素的防控策略研究,研發(fā)出真菌毒素解毒菌制劑和酶制劑,企業(yè)應用解毒效率高。
?。?)農(nóng)產(chǎn)品加工過程安全控制理論與技術
開展了危害物產(chǎn)生途徑和轉(zhuǎn)化規(guī)律的分子基礎、加工安全性預警機制與風險等級確定依據(jù)、安全加工全程優(yōu)化原理與控制策略研究。構(gòu)建了針對典型加工單元過程的農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全研究平臺,開發(fā)出針對食品加工過程產(chǎn)生危害物的毒理學信息數(shù)據(jù)庫,發(fā)展了基于多學科交叉消除導致食品安全的危害物的理論體系。
?。?)農(nóng)產(chǎn)品加工標準化體系
在農(nóng)產(chǎn)品加工標準化科技創(chuàng)新、技術推廣、成果轉(zhuǎn)化等方面均取得了明顯進步,基本實現(xiàn)了科技創(chuàng)新體系“從建到用”的轉(zhuǎn)變。完成制定農(nóng)產(chǎn)品加工標準122項,搭建完成“農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全輿情監(jiān)測分析平臺”,跟蹤信息逾50萬條,發(fā)布輿情分析報告24份。
?。?)營養(yǎng)功能成分活性保持與遞送:近年來,納米技術在食品級運載體系構(gòu)建中的應用越來越廣泛,利用納米技術構(gòu)建包載轉(zhuǎn)運β-胡蘿卜素和維生素E的納米運載體系,能有效的保持體系中所包載的β-胡蘿卜素和維生素E。
?。?)營養(yǎng)功能食品功效評價:營養(yǎng)基因組和腸道菌群研究在國際相關領域中占據(jù)一席之地,建立了人腸道元基因組大于330萬個非冗余基因的參照圖譜,該成果被Science在2011年評出的21世紀前十年“重大科學突破”之一,并將基因集擴展到了約1000萬個基因。
(7)多項綠色安全果實采后腐爛防治技術
采用安全綠色的果實乙醇熏蒸防腐技術,既有效控制果實腐爛,又不影響果實品質(zhì)與食用安全,技術成果應用已覆蓋浙江、四川、福建、江蘇、云南和重慶等主產(chǎn)省市,近三年累計推廣應用果實192萬噸,取得經(jīng)濟效益46.6億元。獲得了多種對水果采后真菌有強烈抑制作用的生物源物質(zhì),創(chuàng)新了水果采后保鮮處理工藝,研創(chuàng)出防治果實腐爛的生物保鮮技術,并在柑桔、楊梅、荔枝和番木瓜等果蔬品種上進行了應用,采后腐爛率比傳統(tǒng)保鮮技術減少了25%以上,化學殺菌劑使用量減少了50%以上。
?。?)高效果蔬品質(zhì)劣變控制技術:闡明了果蔬采后損失的機理及控制機制,研發(fā)出利用信號分子(1-MCP、NO和AiBA)抑制衰老激素合成和誘導耐冷性的技術,使果蔬(柑桔、葉菜類、果菜類)保質(zhì)期延長了60%以上。
(三)農(nóng)業(yè)耕作制度
1.研究進展
“十二五”以來,針對制約我國主要農(nóng)作物“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、生態(tài)、安全” 一系列關鍵性、全局性、戰(zhàn)略性的重大技術難題,從創(chuàng)新材料、創(chuàng)新技術、創(chuàng)新栽培理論的角度出發(fā),作物耕作與栽培關鍵技術及理論創(chuàng)新研究取得重大突破,為我國作物增產(chǎn)增收和提質(zhì)增效提供了重要技術支撐與儲備。
?。?)作物栽培與生理發(fā)展
作物高產(chǎn)高效栽培理論與技術:1)水稻高產(chǎn)高效栽培理論與技術。闡明了系統(tǒng)優(yōu)化水稻群體生長動態(tài),精確穩(wěn)定前期生長量,合理增加中期高效光合生產(chǎn)量,增強后期物質(zhì)生產(chǎn)積累能力、籽粒灌漿充實能力和群體支撐能力的超高產(chǎn)形成規(guī)律。2)小麥高產(chǎn)高效栽培理論與技術。在利用非葉器官光合耐逆機制構(gòu)建高效群體和周年水氮一體高效利用技術方面研究處于國際領先水平。3)玉米冠層耕層優(yōu)化高產(chǎn)栽培理論與技術。通過揭示生態(tài)因素(光、溫、水)對玉米生長發(fā)育和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的影響,明確限制玉米產(chǎn)量提高的主要障礙因素,通過“擴庫、限源、增效”,挖掘玉米高產(chǎn)潛力的栽培理論和“促、穩(wěn)、促”超高產(chǎn)調(diào)控技術。4)棉花大面積高產(chǎn)栽培技術的集成與應用。攻克和突破了棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培、水肥高效利用耦合調(diào)控、重大蟲害綜合防治、關鍵機具和全程機械化、專用棉區(qū)域布局標準化生產(chǎn)等理論和技術的一系列重大難題。
作物精確化與標準化栽培技術:隨著生育進程、群體動態(tài)指標、栽培技術措施的精確定量的研究不斷深入,推進了栽培方案設計、生育動態(tài)診斷與栽培措施實施的定量化和精確化,有效地促進我國栽培技術由定性為主向精確定量的跨越,為統(tǒng)籌實現(xiàn)作物“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全”提供了重大技術支撐。
作物栽培機械化與輕簡化:1)稻栽培機械化。2016年全國水稻機械化種植水平35%以上,其中東北墾區(qū)水平最高,已基本實現(xiàn)全程機械化,以毯苗機插為主。南方稻區(qū),形成了毯苗機插、缽苗機插(擺)、機械直播等3套機械化高產(chǎn)栽培方式與技術。2)小麥深松少免耕鎮(zhèn)壓節(jié)水栽培新技術,節(jié)水增效、增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)效果顯著。不同小麥主產(chǎn)區(qū)針對自身特點,研究形成了多種本土化的小麥機械化栽培技術。3)玉米機械化栽培技術。2016年我國玉米機械化收獲比例提高到83%左右,提升了我國玉米機械化收獲裝備技術水平,推動了玉米收獲技術進步和機械化水平的提高。
作物肥水高效生理與技術:1)作物肥料高效利用技術。近年來,大田作物緩/控釋肥、生物肥、有機復合肥、功能性肥等新型肥料研究和推廣加快。緩/控釋肥料被認為是最為快捷方便的減少肥料損失、提高肥料利用率的有效措施。2)作物水分高效利用技術。通過研究發(fā)現(xiàn),水稻花后適度土壤干旱可以協(xié)調(diào)植株衰老、光合作用與同化物向籽粒轉(zhuǎn)運的關系,促進籽粒灌漿,為解決水稻植株衰老與光合作用的矛盾以及既高產(chǎn)又節(jié)水的難題提供了新的途徑和方法。
作物信息化與智能化栽培:隨著現(xiàn)代作物栽培學與新興學科領域的交叉與融合,作物栽培管理正從傳統(tǒng)的模式化和規(guī)范化,向著定量化和智能化的方向邁進。重點在作物栽培方案的定量設計、作物生長指標的光譜監(jiān)測、作物生產(chǎn)力的模擬預測三個方面取得了顯著的研究進展,推動我國數(shù)字農(nóng)作的發(fā)展。
保護性耕作與秸稈還田栽培:近幾年來,在水稻、小麥和玉米秸稈還田的機械與耕作栽培農(nóng)藝上,都取得了較為顯著進展。玉米秸稈還田和小麥秸稈還田均能提高土壤有機質(zhì)含量,玉米秸稈還田培肥效應大于小麥秸稈還田。
抗逆減災生理與栽培技術:加強研究了作物對逆境響應的機制和應對逆境的調(diào)控技術,創(chuàng)建了一批抗逆減災栽培技術。在大氣CO2濃度升高與作物(品種、病蟲和雜草)和非生物因子(肥料、水分、溫度和臭氧)關系研究上取得重要進展, 并提出水稻生產(chǎn)的應對策略。
(2)作物生態(tài)與耕作
作物輪作:針對不同區(qū)域、不同作物的輪連作生產(chǎn)模式及配套技術開展了大量研究,從農(nóng)田尺度上對輪作種植方式的作物生長、土壤肥力、水分和養(yǎng)分利用、土壤環(huán)境、溫室氣體排放以及病蟲害等多方面的效應開展了系統(tǒng)研究,相關機理研究也在不斷深入。
作物間套作:在耕作栽培技術研究的基礎上更加關注生態(tài)學原理的挖掘和應用,研究重點由地上部相互作用向地下部相互作用轉(zhuǎn)移,從現(xiàn)象觀察到更多的關注機制和過程的理解,以高產(chǎn)為目的向以降低環(huán)境風險、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展為目的轉(zhuǎn)變,研究方法不斷發(fā)展和完善。
土壤耕作:1)機械化土壤耕作將成為我國土壤耕作的主體,目前適宜我國不同區(qū)域不同作物的機械化土壤耕作技術的已經(jīng)初具規(guī)模;2)區(qū)域保護性耕作技術研究成為土壤耕作研究的重點;3)土壤耕作技術的多功能性及生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究成為了研究熱點,關于土壤耕作技術的固碳減排、生物多樣性的影響及生態(tài)系統(tǒng)服務價值的評估成為我國該方向的重要方面;4)土壤輪耕制的研究成為土壤耕作研究的新熱點,構(gòu)建以少、免耕為主體的翻、旋、免、松等適宜不同種植制度的土壤輪耕制當前研究的重要內(nèi)容。
農(nóng)田固碳減排:我國學者在種植模式、水肥管理以及耕作措施的固碳減排潛力與途徑方面開展了大量研究。發(fā)現(xiàn)通過禾本科和豆科作物的輪作/間作,可以起到一定的固碳減排效應,通過合理選用氮肥品種可有效降低N2O排放,不同水分管理方式對稻田CH4排放有顯著影響,還研究了秸稈還田對增加土壤有機碳含量的影響。
2.重大成果
(1)獲獎情況
1)揚州大學,楊建昌等,適度土壤干旱促進水稻同化物轉(zhuǎn)運和籽粒灌漿,國家自然科學二等獎,2017.
2)中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所, 趙明等. 玉米冠層耕層優(yōu)化高產(chǎn)技術體系研究與應用,國家科技進步二等獎,2015. 趙明研究員率領研究團隊圍繞著密植高產(chǎn)挖潛,構(gòu)建了玉米冠層耕層協(xié)調(diào)優(yōu)化理論體系,創(chuàng)新了“三改”深松、“三抗”化控及“三調(diào)”密植等關鍵技術,充分發(fā)揮關鍵技術的集成效應,創(chuàng)新了多種密植高產(chǎn)高效技術模式,有效的解決了密植倒伏、早衰等生產(chǎn)問題。
3)新疆農(nóng)業(yè)科學院棉花工程技術研究中心等, 新疆棉花大面積高產(chǎn)栽培技術的集成與應用,國家科技進步二等獎,2015.
4)南京農(nóng)業(yè)大學曹衛(wèi)星,朱艷等,稻麥生長指標光譜監(jiān)測與定量診斷技術,國家科技進步二等獎,2015. 明確了稻麥主要生長指標的特征光譜波段及敏感光譜參數(shù);建立了多路徑的稻麥生長實時診斷與精確調(diào)控技術;研制了簡便適用的稻麥生長監(jiān)測診斷產(chǎn)品;開展了作物生長監(jiān)測診斷技術體系的規(guī)?;痉稇?。
5)中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所, 李少昆等. 玉米田間種植系列手冊與掛圖,國家科技進步二等獎,2015. “玉米田間種植系列手冊與掛圖”,充分考慮種植戶的接受習慣和水平,準確把握國內(nèi)外玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和區(qū)域生產(chǎn)特點,以生動靈活的表現(xiàn)形式,向種植戶推廣現(xiàn)代玉米生產(chǎn)新理念、新技術,推動了我國現(xiàn)代玉米生產(chǎn)理念與技術的普及,社會、生態(tài)和經(jīng)濟效益顯著,截至2014年12月,手冊重印21次,合計出版91萬冊;掛圖重印16次,合計出版165.4萬張,已推廣應用至我國所有玉米產(chǎn)區(qū)。
6)中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所,趙廣才等主持完成的“小麥高產(chǎn)創(chuàng)建技術集成與示范推廣”榮獲2016年度全國農(nóng)牧漁業(yè)豐收獎一等獎。
7)中國農(nóng)業(yè)大學王志敏等主持的“冬小麥節(jié)水省肥高產(chǎn)栽培技術體系及其應用”,2015年通過中國農(nóng)學會評價,整體技術處于國際先進水平,在利用非葉器官光合耐逆機制構(gòu)建高效群體和周年水氮一體高效利用技術方面研究處于國際領先水平。
?。?)作物高產(chǎn)高效栽培理論與技術
創(chuàng)新水稻高產(chǎn)高效栽培理論,形成超高產(chǎn)栽培技術模式,在云南、江蘇和新疆等地創(chuàng)造了一批超高產(chǎn)典型或紀錄。“小麥高產(chǎn)創(chuàng)建技術集成與示范推廣”榮獲2016年度全國農(nóng)牧漁業(yè)豐收獎一等獎,提出實現(xiàn)小麥超高產(chǎn)共性技術和重穗型品種實施“窄行密植勻播”、多穗型品種實施“氮肥后移”等關鍵技術。構(gòu)建了玉米冠層耕層協(xié)調(diào)優(yōu)化理論體系,創(chuàng)新了“三改”深松、“三抗”化控及“三調(diào)”密植等關鍵技術,建立了“深耕層-密冠層”、“控株型-促根系”及“培地力-高肥效”的密植高產(chǎn)高效技術模式。棉花大面積高產(chǎn)栽培技術得到集成與應用,以傳統(tǒng)“矮密早”實踐為基礎,創(chuàng)建了“適矮、適密、促早”、水肥精準、增益控害、機藝融合等為要點的棉花高產(chǎn)栽培標準化技術體系;建立了攻關田—核心區(qū)—示范區(qū)—輻射區(qū)“四級聯(lián)動”的技術集成與推廣體系,有力支撐了棉花產(chǎn)業(yè)技術的健康持續(xù)發(fā)展。
?。?)作物精確化與標準化栽培技術
創(chuàng)立了生育進程、群體動態(tài)指標、栽培技術措施“三定量”與作業(yè)次數(shù)、調(diào)控時期、投入數(shù)量“三適宜”為核心的水稻豐產(chǎn)精確定量栽培技術體系。創(chuàng)立的“作物產(chǎn)量分析體系構(gòu)建及其高產(chǎn)技術創(chuàng)新與集成”成果,以玉米為主建立不同區(qū)域特色的技術體系,取得了顯著的經(jīng)濟與社會效益。
?。?)作物信息化與智能化栽培:創(chuàng)建了具有動態(tài)預測功能的作物生長模型及具有精確設計功能的作物管理知識模型,推進精確栽培和數(shù)字農(nóng)作的發(fā)展。集成建立了基于反射光譜的作物生長光譜監(jiān)測與定量診斷技術體系,在江蘇、河南、江西、安徽、浙江、河北、湖南等我國主要稻麥生產(chǎn)區(qū)進行了示范應用,節(jié)氮約7.5%,增產(chǎn)約5%,累計推廣4920.21萬畝,新增效益24.28億元。
?。?)抗逆減災生理與栽培技術:建立了以調(diào)整播期、調(diào)整基本苗和省水、省肥為核心內(nèi)容的冬小麥高產(chǎn)高效應變栽培技術體系。玉米生產(chǎn)上突出了抗旱、耐溫度逆境以及弱光的相關形態(tài)與生理機制的研究,建立了不同區(qū)域玉米抗逆減災的配套技術。
?。?)作物周年高產(chǎn)高效栽培模式與配套技術區(qū)域化集成應用:在作物周年協(xié)調(diào)高產(chǎn)高效關鍵技術上取得了重大的突破,建立了進一步挖掘資源內(nèi)涵兩(多)熟制協(xié)調(diào)高產(chǎn)高效理論與技術體系,有效地提高資源利用率和作物周年產(chǎn)量。
?。?)作物輪作與間套作技術
利用間套作控制病害,研究系統(tǒng)地揭示了稻瘟病敏感品種和抗病品種間作可以顯著控制敏感品種糯稻的稻瘟病,合理的作物種間搭配能夠降低病害,研究結(jié)果在云南及西南地區(qū)大面積推廣應用,取得了良好的生態(tài)和社會效益。
(8)土壤耕作關鍵技術
構(gòu)建了適宜不同區(qū)域保護性耕作制度。在我國的東北平原、華北平原、農(nóng)牧交錯風沙區(qū)、南方長江流域均開展了保護性耕作技術攻關和示范推廣,建立了與不同區(qū)域氣候、土壤及種植制度特點相適應的新型保護性耕作技術體系,為大面積應用保護性耕作技術提供了示范樣板和技術支撐,取得了顯著的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益。明確了土壤耕作措施的緩解氣候變化的技術效應,提出發(fā)展以保護性農(nóng)業(yè)為核心的氣候智慧型農(nóng)業(yè),為我國農(nóng)業(yè)低碳和可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐。
?。?)稻田固碳減排技術
闡明了稻田溫室氣體排放機制,明確了保護性耕作的溫室減排效應,形成了水稻高產(chǎn)與稻田減排的耕層調(diào)控關鍵技術及配套栽培模式,開展了高產(chǎn)低碳稻作模式的技術集成和示范推廣,以實現(xiàn)水稻高產(chǎn)和稻田減排的協(xié)同。
三、國內(nèi)外研究進展比較
結(jié)合農(nóng)業(yè)學科有關國際重大研究計劃和重大研究項目,研判國際學科發(fā)展新趨勢與新特點,比較分析我國農(nóng)業(yè)環(huán)境保護、農(nóng)產(chǎn)品加工、耕作與栽培等學科在國際上的總體水平和學科發(fā)展狀態(tài),明確與國際水平相比的優(yōu)勢與差距,為制定學科發(fā)展戰(zhàn)略、確定未來發(fā)展重點方向提供必要的基礎支撐。
?。ㄒ唬┺r(nóng)業(yè)環(huán)境保護
1.產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量控制與修復
種植業(yè)產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量控制與修復方面:美國建立和實施了由一系列標準與關鍵控制技術組成的集成技術模式,大力推進操作簡單、價格低廉、環(huán)境友好的替代技術,積極研發(fā)生物環(huán)境控制工程技術,落實農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境補償制度。歐盟通過加強環(huán)境立法和落實共同農(nóng)業(yè)政策來控制種植業(yè)污染。日本大力提倡發(fā)展循環(huán)性農(nóng)業(yè),重視農(nóng)業(yè)面源污染的治理方面的立法,提出“有機農(nóng)業(yè)”、“綠色農(nóng)業(yè)”、“自然農(nóng)業(yè)”等多種可持續(xù)農(nóng)業(yè),健全政策法律體系和技術體系。韓國致力于積極促進農(nóng)業(yè)與生物技術、信息技術和環(huán)境技術接軌。近年來,我國集中圍繞農(nóng)業(yè)部提出的“一控、兩減、三基本”目標和糧食“綠色增產(chǎn)增效”理念,加大產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量控制與修復方面的技術研發(fā)與集成,對農(nóng)業(yè)面源污染控制起到了重大的技術支撐作用;在法律制度方面,多部法律中涉及防治農(nóng)業(yè)污染,但對法律責任的規(guī)定較為模糊,內(nèi)容不夠具體。
畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量控制與修復方面:美國主要通過嚴格細致的立法來防治畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染,分點源性污染和非點源性污染進行分類管理,從源頭治理畜禽糞污污染,同時十分注重利用農(nóng)牧結(jié)合來化解畜禽養(yǎng)殖業(yè)的污染問題。歐盟于20世紀90年代通過了新的環(huán)境法,規(guī)定了每公頃載畜量標準、畜禽糞便廢水農(nóng)用限量標準,限制養(yǎng)殖規(guī)模的擴大。20世紀70年代后,針對嚴重的畜禽養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境污染,日本制定了《廢棄物處理與消除法》、《防止水污染法》等7部法律,對畜禽污染防治和管理做了明確的規(guī)定。我國在微生物發(fā)酵床、種養(yǎng)一體化的畜禽養(yǎng)殖模式等方面進行了大量的研究,實現(xiàn)“五省、四提、三無、兩增、一少、零污染”的優(yōu)點?!拔迨 奔词∷?、省工、省料、省藥、省電;“四提”即提高品質(zhì)、提高豬抗病力、提早出欄、提高肉料比;“三無”即無臭味、無蠅蛆、無環(huán)境污染;“兩增”即增加經(jīng)濟效益,增加生態(tài)效益;“一少”即減少豬肉藥物殘留;“零污染”即豬糞尿微生物在豬舍內(nèi)原位降解,污水零排放,達到了資源良性循環(huán)的目的。
2.農(nóng)業(yè)應對氣候變化
氣候變化對農(nóng)業(yè)影響及其適應方面:國際科學理事會(ICSU)等國際學術組織極為重視氣候變化研究,自20世紀80年代以來持續(xù)推動氣候變化國際研究計劃。美國近年發(fā)布了國家全球變化研究計劃(USGCRP),歐盟“地平線2020”規(guī)劃(2014-2020年)中也將氣候變化領域作為重點內(nèi)容之一。我國通過實施《“十二五”應對氣候變化科技發(fā)展專項規(guī)劃》,建立了一批相關研究機構(gòu)和基地,形成了一支頗具規(guī)模的研究隊伍,初步構(gòu)建了氣候變化觀測和監(jiān)測網(wǎng)絡框架,在氣候變化的規(guī)律、機制、區(qū)域響應等方面取得了一批國際公認的研究成果。
農(nóng)業(yè)減緩氣候變化方面:我國學者從20世紀80年代開始了農(nóng)業(yè)固碳減排技術的探索,部分相關技術已居國際先進水平。然而,傳統(tǒng)的固碳減排研究仍面臨較多挑戰(zhàn),有待建立高頻在線觀測系統(tǒng)與研究網(wǎng)絡并進行與生態(tài)系統(tǒng)模型的結(jié)合,分子生物學與穩(wěn)定同位素技術相結(jié)合的研究方法應用不夠,宏觀減排固碳措施落實不足。
氣候智慧型農(nóng)業(yè)方面:國外農(nóng)業(yè)發(fā)達國家通常制定詳細的氣候智慧型農(nóng)業(yè)發(fā)展目標與實施計劃,注重新材料、新技術與新方法在氣候智慧型農(nóng)業(yè)實踐中的整合與應用,采用全球化的合作方式,對相關研究進行長期穩(wěn)定的資金投入。我國也已經(jīng)啟動了氣候智慧型農(nóng)業(yè)相關項目,但項目實施面臨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)組織化程度低、勞動力老齡化、科技意識和環(huán)境意識不高等制約因素。
3.農(nóng)業(yè)氣象與減災
在俄羅斯、美國、加拿大、英國、荷蘭、德國等國家,農(nóng)業(yè)氣象基礎研究和應用研究并重,試驗研究方法與監(jiān)測技術手段更加先進,應用水平進一步提高,服務能力明顯增強。目前農(nóng)業(yè)氣象研究由單純學術問題研究向解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重大問題靠攏,農(nóng)業(yè)氣象理論也在發(fā)展中完善,同時促進了農(nóng)業(yè)氣象向農(nóng)學各分支的滲透,農(nóng)業(yè)氣象有向微觀結(jié)構(gòu)深入、向宏觀綜合聯(lián)系擴展的趨勢,更加關注全球性農(nóng)業(yè)氣候問題的研究,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人工環(huán)境小氣候調(diào)控的研究有加強的趨勢。我國農(nóng)業(yè)氣象研究形成了分支學科齊全的專業(yè)結(jié)構(gòu),實用技術的開發(fā)研究有了很大進展,主要作物農(nóng)業(yè)氣象模擬模式研究形成特色,在農(nóng)業(yè)氣候、農(nóng)業(yè)氣象災害、農(nóng)業(yè)氣象預報等領域和其它領域個別環(huán)節(jié)上達到國際先進水平。但總體來看,在研究設備和手段、基礎資料積累、基礎理論研究等方面還需要進一步加強。
4.設施栽培農(nóng)業(yè)
我國已經(jīng)成為世界上設施栽培面積最大的國家,研究開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)、我國獨有的節(jié)能日光溫室,在結(jié)構(gòu)、材料、栽培以及配套裝備等關鍵技術不斷取得進展。先后突破植物工廠LED光源創(chuàng)制等關鍵技術,實現(xiàn)了植物工廠成套裝備的完全國產(chǎn)化,顯著提升我國在該領域的國際地位。但與荷蘭、以色列、日本、美國等發(fā)達國家相比,仍有差距。具體表現(xiàn)為:1)設施結(jié)構(gòu)簡陋,單體規(guī)模小,環(huán)控水平低,抗災能力弱,大型化連棟溫室、智能化環(huán)境調(diào)控等關鍵技術亟待突破;2)機械化水平低,勞動強度大,勞動生產(chǎn)率不高;3)設施產(chǎn)量低,生產(chǎn)效率不高,水肥利用效率偏低。
(二)農(nóng)產(chǎn)品加工
1.食品加工
隨著國際現(xiàn)代食品加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展變化,食品加工學科發(fā)展總體呈現(xiàn)國際化、全球化趨勢,科技創(chuàng)新驅(qū)動產(chǎn)業(yè)升級特征明顯。歐美日等發(fā)達國家在資源高效利用、節(jié)能減排、生物制造、精準適度加工等現(xiàn)代與新型制造技術方面引領發(fā)展方向,其創(chuàng)新投入高,技術基礎扎實,裝備先進性、成套化率、技術配套性高,排放與污染控制嚴格,并由數(shù)控化、自動化轉(zhuǎn)向智能化。當前,我國食品加工學科發(fā)展的科技研發(fā)投入強度不足,基礎性研究相對薄弱,產(chǎn)業(yè)核心技術與裝備大部分處于“跟跑”或“并跑”階段,企業(yè)自主研發(fā)能力明顯不足,與世界第一食品制造大國的地位不相匹配。
2. 農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全
歐盟先后在其“框架計劃項目”及“地平線2020”項目中對農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全領域的研究進行了優(yōu)先支持,傳統(tǒng)發(fā)達國家如德國、荷蘭、法國等在危害物鑒定評價、污染規(guī)律研究、檢測預警、防控治理與安全質(zhì)量保障體系基礎理論等方面的研究和應用處于世界一流。當前國際農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全研究呈現(xiàn)多學科交叉、融合與滲透日益加強,研究對象由單一化危害因子向多元化轉(zhuǎn)變等趨勢。我國農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全學科正在迅速成長,但整體發(fā)展水平與國外還存在較大差距,主要表現(xiàn)在學科基礎理論研究較弱,對于我國特色加工過程對農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全影響的研究不足,新型加工方式對農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全的研究不夠,整體科研成果轉(zhuǎn)化率較低,核心領軍人才相對缺乏。
3.食品營養(yǎng)與功能
隨著生物學、醫(yī)藥學等相關學科的發(fā)展,食品營養(yǎng)與功能學科不斷涌現(xiàn)新的研究熱點,如營養(yǎng)功能成分活性保持與遞送、營養(yǎng)功能成分分析檢驗技術、基于大數(shù)據(jù)的個性化營養(yǎng)功能性食品設計、營養(yǎng)功能食品品質(zhì)改良與制造技術等。我國在營養(yǎng)功能成分包埋運載體系構(gòu)建、食品功能成分檢測分析等方面的技術處于世界水平,但在新型運載體系結(jié)構(gòu)創(chuàng)制及新型遞送技術開發(fā)、食品營養(yǎng)及功能物質(zhì)作用機制研究、營養(yǎng)功能性食品開發(fā)等方面相對落后。近年來,美國、日本和英國等發(fā)達國家建立了較為完善的食品營養(yǎng)與功能的研究和評價體系,投入大量的人力和物力從事食品組分間相互作用及作用機理的研究,并已取得了卓越的進展,我國相關研究起步較晚,缺乏系統(tǒng)深入的研究,與國際水平差距較大。
4. 果蔬貯藏保鮮
目前我國果蔬采后保鮮技術在一些方面與國際差距較大。一是冷鏈設施普及率低。發(fā)達國家采后貯藏保鮮的果實在總產(chǎn)量的80%以上,而我國不足20%,管理制度缺失、技術手段不足、技術設施落后、損耗嚴重、物流效率低下。二是保鮮技術執(zhí)行標準化程度低,保鮮劑過量使用、保鮮技術非規(guī)范化使用,造成后期農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)大幅降低。三是傳統(tǒng)保鮮技術已不能滿足現(xiàn)代人們對果蔬安全和品質(zhì)的需求,一些早期技術有待逐步被新的殺菌劑或保鮮技術所取代。
(三)農(nóng)業(yè)耕作制度
1. 作物栽培與生理
由于生產(chǎn)條件和栽培技術等原因,作物良種的增產(chǎn)潛力未被充分挖掘,現(xiàn)實作物產(chǎn)量與高產(chǎn)紀錄差距懸殊。日本東京大學、德國霍恩海姆大學等在環(huán)境友好型作物高產(chǎn)、氮高效利用機制、作物水分脅迫生理等方面取得了大量研究成果。
我國在水分脅迫等逆境生態(tài)生理、作物同化物高效轉(zhuǎn)運和籽粒灌漿、作物生長發(fā)育與產(chǎn)量品質(zhì)的關系等方面進行了大量研究,為高產(chǎn)高效栽培與育種提供了理論與技術支撐。隨著生物技術、信息技術等新技術向作物學領域不斷滲透和交融,作物栽培學研究已從作物個體、群體逐步上升到農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng),同時,通過與信息學、工程科學等的交叉融合,形成了精確化、數(shù)字化、輕簡化和工程化的全新栽培管理體系。隨著分散經(jīng)營快速向規(guī)?;?jīng)營轉(zhuǎn)變,我國的作物栽培技術將以機械化生產(chǎn)為特征,加快機械化、信息化、規(guī)范化、定量化、規(guī)?;?、集約化栽培技術研究,以及設施農(nóng)業(yè)栽培、化學調(diào)節(jié)劑應用等技術突破,推進作物生產(chǎn)現(xiàn)代化。
2.作物生態(tài)與耕作
作物輪作方面:國外相關研究實驗地可控性強、輪作周期長,機械化配套技術成熟,機理研究較為深入,模型構(gòu)建較為成熟,理論研究與生產(chǎn)實踐結(jié)合緊密。我國研究優(yōu)勢在于作物輪作類型與模式豐富,技術體系相對多樣,但輪作效應機制與微觀機理方面尚處于“跟跑”階段,研究內(nèi)容創(chuàng)新性及方法手段創(chuàng)新度不夠,對輪作模式的機械化配套技術研究不足。
作物間套作方面:云南農(nóng)業(yè)大學在間套作控制作物病害研究和應用方面,中國農(nóng)業(yè)大學在作物種間相互作用提高氮、磷和鐵的利用效率方面,均居國際領先地位。但與發(fā)達國家相比,我國農(nóng)作系統(tǒng)對氣候變化反應的研究較為薄弱,缺乏在不同區(qū)域上的長期定位試驗來研究間套作的長期效應,間套作模擬模型研究差距大,間套作如何通過地上地下互反饋調(diào)節(jié)影響土壤肥力還有待深入研究。歐盟于2017年啟動了“應用間作套種重新設計歐洲的農(nóng)作體系”重大研究項目,我國尚無此方面的重大項目部署。
土壤耕作方面:與國外研究相比存在差距的方向主要有:與土壤耕作技術相配合的表土覆蓋技術、作物輪作以及土壤養(yǎng)分管理措施配套技術研究不足,缺乏保護性耕作技術規(guī)范、標準以及全國布局和整體效果的評價研究,土壤耕作技術研究試驗方法與監(jiān)測標準存在差異,試驗手段和設備較為落后,相關技術推廣應用較為遲緩。
農(nóng)田固碳減排方面:我國近年來在農(nóng)田土壤固碳減排的機制、途徑以及單項技術模式方面取得了較大進展,但農(nóng)田系統(tǒng)的綜合固碳減排效應、土壤碳周轉(zhuǎn)對氣候變化的反饋機制、農(nóng)田固碳減排政策研究等較為薄弱。
四、發(fā)展趨勢及展望
在分析農(nóng)業(yè)環(huán)境保護、農(nóng)產(chǎn)品加工、耕作與栽培等農(nóng)業(yè)學科未來發(fā)展趨勢的基礎上,提出新的戰(zhàn)略需求,分析未來5年學科發(fā)展的重點領域及優(yōu)先方向,明確有待解決的重大科學問題和核心關鍵技術難題,提出戰(zhàn)略思路與對策措施,有助于促進農(nóng)業(yè)基礎學科快速可持續(xù)發(fā)展。
?。ㄒ唬┺r(nóng)業(yè)環(huán)境保護
1.產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量控制與修復
戰(zhàn)略需求和重點發(fā)展方向:種植業(yè)產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量控制與修復方面,針對水肥藥一體化發(fā)展、污染物遷移的生態(tài)控制、土壤污染控制與修復、地膜污染控制等戰(zhàn)略需求,重點發(fā)展:1)環(huán)境友好肥藥研發(fā),促進肥藥減量增效,源頭減少污染物的產(chǎn)生;2)污染物的資源化循環(huán)利用技術研發(fā),促進農(nóng)作物秸稈的資源化利用,實現(xiàn)氮磷水等的循環(huán)利用;3)加強土壤污染與修復機理研究和技術研發(fā),加深土壤污染物在不同環(huán)境條件下的遷移轉(zhuǎn)化機制的認識,開發(fā)土壤污染修復產(chǎn)品,發(fā)展功能修復材料和聯(lián)合修復技術,對其應用條件、長期效果、生態(tài)影響和環(huán)境風險等開展持續(xù)研究;4)生物降解地膜和殘膜回收機具研發(fā),重點研發(fā)能夠兼顧農(nóng)事作業(yè)和地膜回收的農(nóng)機具,突破實現(xiàn)生物降解地膜替代普通PE地膜的關鍵環(huán)節(jié),形成適應不同區(qū)域和不同作物的專用產(chǎn)品。畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量控制與修復方面,針對優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局和結(jié)構(gòu)、實施源頭控制,轉(zhuǎn)變生產(chǎn)模式、構(gòu)建畜禽養(yǎng)殖業(yè)循環(huán)經(jīng)濟體系的戰(zhàn)略需求,重點發(fā)展:1)新型生態(tài)飼料研發(fā),積極研發(fā)、推廣和應用畜禽生態(tài)飼料和水產(chǎn)新型飼料;2)畜禽廢棄物無害化處理與資源化利用新技術及產(chǎn)品研發(fā),研發(fā)畜禽糞便和養(yǎng)殖廢水處理新技術與新設備,研發(fā)畜禽糞便生物降解技術與新型肥料,研發(fā)畜禽糞污厭氧消化產(chǎn)沼氣新技術,建立規(guī)模化養(yǎng)殖場集成技術體系。
戰(zhàn)略思路與對策措施:種植業(yè)產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量控制與修復方面,建議:1)應加快出臺種植業(yè)面源污染治理條例,從法律制度上對農(nóng)業(yè)面源污染治理相關活動提供保障,加快制定符合地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點的農(nóng)業(yè)面源防治方面的地方性標準;2)強化源頭和不同類型區(qū)的精準控制,在農(nóng)田源頭實行優(yōu)化平衡施肥、環(huán)境友好型肥料施用等措施,對于不同類型區(qū)域采取針對性的防治措施;3)推廣節(jié)約型地膜使用和殘膜回收技術,盡量減少地膜的投入量,達到少用地膜和少污染的目的。畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量控制與修復方面,建議:1)針對氣候特點、種植水平、養(yǎng)殖方式、污染物排放特點以及經(jīng)濟發(fā)展水平等,開展養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境管理分區(qū)工作,實施區(qū)域差異化管理;2)推行生態(tài)種養(yǎng)農(nóng)業(yè)環(huán)境技術和管理示范工程,科學配置養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模,建立種養(yǎng)平衡農(nóng)業(yè)環(huán)境管理示范;3)建立以微生物發(fā)酵床養(yǎng)殖等技術為核心的循環(huán)產(chǎn)業(yè)園區(qū),通過循環(huán)經(jīng)濟模式實現(xiàn)養(yǎng)殖污染控制與產(chǎn)業(yè)升級;3)完善畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染負荷核算,研究規(guī)?;B(yǎng)殖水處理和排放標準體系,為污染物排放控制技術體系研發(fā)提供基礎數(shù)據(jù)支撐。
2.農(nóng)業(yè)應對氣候變化
戰(zhàn)略需求和重點發(fā)展方向:氣候變化對農(nóng)業(yè)影響及其適應方面,針對應對氣候變化科技創(chuàng)新頂層設計不足,原始創(chuàng)新能力不強,減緩與適應技術尚不能滿足國家緊迫需求的現(xiàn)狀,重點要發(fā)布實施《城市適應氣候變化行動方案》,加強基礎設施建設,加強水資源管理和海洋災害防護能力,完善氣候變化監(jiān)測預警體系等,全面提高適應氣候變化能力。農(nóng)業(yè)減緩氣候變化方面,農(nóng)業(yè)固碳減排技術研發(fā)要與國家糧食安全及“一控兩減三基本”等戰(zhàn)略需求保持高度一致,重點發(fā)展豐產(chǎn)低碳作物品種選育、“4R”肥料管理、高效節(jié)水灌溉、保護性耕作、畜禽日糧飼料精準控制、廢棄物管理、種養(yǎng)結(jié)合等方面的關鍵技術。氣候智慧型農(nóng)業(yè)方面,建議因地制宜,研究建立不同的農(nóng)作制度發(fā)展模式,如在東北地區(qū)應重點研發(fā)增強農(nóng)田固碳潛力技術,在水稻主產(chǎn)區(qū)應重點研發(fā)稻田溫室氣體減排技術,在西北等生態(tài)脆弱地區(qū)應重點研發(fā)提高水肥資源利用效率、保持農(nóng)田生物多樣性技術,在牧區(qū)應重點研發(fā)草原生態(tài)建設、提升畜產(chǎn)品生產(chǎn)效率技術。
戰(zhàn)略思路與對策措施:氣候變化對農(nóng)業(yè)影響及其適應方面,建議:1)面向國家需求與國際前沿,對我國應對氣候變化的科技創(chuàng)新進行整體規(guī)劃布局;2)突出全球視野與原始創(chuàng)新,兼顧傳統(tǒng)優(yōu)勢與新生長點,統(tǒng)籌考慮減緩與適應、當前利益與長遠戰(zhàn)略,對我國有明顯優(yōu)勢和具有中國特色的領域予以持續(xù)支持;3)基礎理論創(chuàng)新與應對實踐相互促進,發(fā)展應對氣候變化的方法學,以基礎理論創(chuàng)新促進應對氣候變化行動深入開展。農(nóng)業(yè)減緩氣候變化方面,建議:1)完善并規(guī)范農(nóng)業(yè)溫室氣體排放監(jiān)測、報告、核查制度;2)科學調(diào)整肥料施用結(jié)構(gòu),創(chuàng)新耕作制度,推廣旋耕、少耕、免耕,優(yōu)化水肥配比,推行節(jié)水灌溉;3)優(yōu)化畜禽飼養(yǎng)過程,調(diào)配日糧精粗比,增加微生物生物添加劑的應用,推廣沼氣厭氧發(fā)酵工程,推行種養(yǎng)結(jié)合;4)加強草原生態(tài)保護補助獎勵機制等政策的推行,推廣圍欄、輕牧、禁牧等措施。氣候智慧型農(nóng)業(yè)方面,建議:1)健全應對氣候變化體制、機制與法制,建立信息共享與資源整合機制;2)盡快出臺氣候智慧型農(nóng)作制度發(fā)展規(guī)劃與配套激勵政策措施,調(diào)動農(nóng)民、企業(yè)等生產(chǎn)主體的參與程度;3)針對可能面臨的障礙和潛在社會風險,國家相關部門應開展培訓、加強技術服務,加速整體性、制度性技術推廣應用;4)加強氣候智慧型農(nóng)業(yè)的國際合作與交流,學習他國經(jīng)驗,分享氣候智慧型農(nóng)業(yè)成果,與世界共同應對氣候變化挑戰(zhàn)。
3.農(nóng)業(yè)氣象與減災
戰(zhàn)略需求和重點發(fā)展方向:《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020)》、《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》、《“十三五”農(nóng)業(yè)農(nóng)村科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》中,均對農(nóng)業(yè)氣象發(fā)展的目標、方向和重點作出了明確的指示。糧食豐產(chǎn)增效、作物提質(zhì)增效、資源高效利用、農(nóng)林智能裝備以及智慧農(nóng)業(yè)等方面,都對農(nóng)業(yè)氣象與減災提出了戰(zhàn)略需求。在農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測預警方面,重點發(fā)展農(nóng)業(yè)氣象精準監(jiān)測與預警、農(nóng)業(yè)氣象標準化與信息化服務、農(nóng)業(yè)氣象物聯(lián)網(wǎng),建立農(nóng)業(yè)氣象大數(shù)據(jù)平臺與綜合監(jiān)測、預警、評估系統(tǒng),實現(xiàn)作物模型與遙感技術耦合;農(nóng)業(yè)氣候資源利用方面,重點發(fā)展農(nóng)業(yè)小氣候調(diào)控與設施農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)氣候資源高效利用、農(nóng)業(yè)適應氣候變化技術,開展精細化農(nóng)業(yè)氣候資源區(qū)劃;農(nóng)業(yè)氣象災害評估與減災技術方面,重點發(fā)展農(nóng)業(yè)氣象災害風險防范、環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)抗逆減損、農(nóng)業(yè)氣象減災與生態(tài)安全技術,建立農(nóng)業(yè)氣象災害風險防范技術體系。
戰(zhàn)略思路與對策措施:1)找準學科發(fā)展定位,探索學科戰(zhàn)略規(guī)劃與前沿方向;2)注重成果應用的綜合集成,加強學科前沿探索、關鍵技術研發(fā)與技術集成配套,提高研究成果在相關部門的應用;3)穩(wěn)定農(nóng)業(yè)氣象與減災領域的研究機構(gòu)與隊伍,科研、業(yè)務、教學、推廣形成良性互動的有機整體;4)加快本領域引進的國際先進儀器設備的國產(chǎn)化和國產(chǎn)儀器的創(chuàng)新研制;5)加強農(nóng)業(yè)氣象觀測試驗網(wǎng)絡建設,重視基礎性技術工作,加強農(nóng)業(yè)氣象信息資源的共享,鼓勵農(nóng)業(yè)氣象科技人員深入生產(chǎn)第一線,積極探索向農(nóng)民服務的有效手段;6)加強優(yōu)秀農(nóng)業(yè)氣象學科人才引進和培養(yǎng)。
4.設施栽培農(nóng)業(yè)
戰(zhàn)略需求和重點發(fā)展方向:設施栽培農(nóng)業(yè)技術針對大幅度提高資源利用效率、單位土地產(chǎn)出率和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求,需要在設施新品種選育、結(jié)構(gòu)工程與新材料開發(fā)、節(jié)能工程、環(huán)境模擬與智能控制、營養(yǎng)液栽培、植物工廠以及管理機器人等關鍵技術領域取得突破,形成具有中國特色的設施結(jié)構(gòu)類型和配套技術體系,實現(xiàn)由設施栽培農(nóng)業(yè)大國向強國邁進。重點發(fā)展:1)溫室結(jié)構(gòu)優(yōu)化與新型材料的研究與開發(fā);2)基于作物模型的溫室數(shù)據(jù)采集與智能化控制系統(tǒng)軟硬件的開發(fā);3)溫室高效生產(chǎn)綜合配套技術關鍵設備的研制與開發(fā);4)溫室節(jié)能與資源高效利用技術的研究;5)以設施工程、環(huán)境控制以及無土栽培等為重點的植物工廠高技術研發(fā);6)溫室管理機器人的研究與開發(fā)。
戰(zhàn)略思路與對策措施:1)科學規(guī)劃,合理布局,構(gòu)建設施栽培農(nóng)業(yè)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)區(qū)。積極優(yōu)化設施栽培農(nóng)業(yè)區(qū)域布局規(guī)劃,制定針對不同地區(qū)與條件狀況的優(yōu)惠政策,引導設施栽培農(nóng)業(yè)向優(yōu)勢區(qū)域轉(zhuǎn)移,同時制定設施農(nóng)產(chǎn)品市場體系建設和出口創(chuàng)匯等政策措施,形成我國設施栽培農(nóng)業(yè)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)帶。2)加大政府的財政扶持力度,進一步提高我國設施栽培農(nóng)業(yè)裝備水平。建議政府以專項資金形式實施扶持政策,補貼設施栽培農(nóng)業(yè)種植企業(yè)和農(nóng)戶購置農(nóng)機具,提升設施栽培農(nóng)業(yè)裝備水平。3)加大科技支撐和技術推廣的支持力度。建議國家以重大項目的形式將設施栽培農(nóng)業(yè)關鍵技術納入農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新體系,加大資金和項目的投入力度,同時加快設施栽培農(nóng)業(yè)技術的推廣普及。
(二)農(nóng)產(chǎn)品加工
1.食品加工
戰(zhàn)略需求和重點發(fā)展方向:1)食品加工制造方面,針對產(chǎn)業(yè)整體上處于能耗和水耗高、資源利用率低、技術相對落后、加工副產(chǎn)物綜合利用相對不足、前沿性基礎研究相對薄弱等問題,在食品加工過程組分結(jié)構(gòu)變化、風味品質(zhì)修飾、加工適應性與品質(zhì)調(diào)控等方面開展前沿性基礎研究,實現(xiàn)食品加工制造理論的新突破。2)食品機械裝備方面,重點開展食品裝備的機械材料特性與安全性、數(shù)字化設計、信息感知、仿真優(yōu)化等新技術、新方法、新原理和新材料的基礎研究,開展智能化、數(shù)字化、規(guī)模化、自動化、連續(xù)化、工程化和成套化核心裝備與集成技術研發(fā),創(chuàng)制中華傳統(tǒng)食品工業(yè)化專用裝備。3)食品加工顛覆性技術方面,重點研發(fā)“云技術、大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)+” 、“非熱加工、冷殺菌和生物膜分離”、“生物轉(zhuǎn)化、高效制取和分子修飾”等新型加工理論與技術,積極開展“合成生物、分子食品、3D制造”等概念食品制造理論與技術的探索研究。
戰(zhàn)略思路與對策措施:1)面向國家戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求,瞄準世界高技術前沿,重點圍繞食品加工制造、機械裝備等主要領域,全面實施創(chuàng)新驅(qū)動食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略,深入研究與集成開發(fā)食品綠色加工與低碳制造技術,提升產(chǎn)業(yè)整體技術水平。2)大力加強自主研發(fā),驅(qū)動機械裝備更新?lián)Q代。重點提升設備的智能化、規(guī)?;瓦B續(xù)化能力,降低高端成套裝備對國外的長期依賴,全面提升我國食品機械裝備制造的整體技術水平。3)中式主餐工業(yè)化發(fā)展迫切需要學科技術引領。發(fā)展適合我國居民飲食習慣的主餐加工食品, 建立與發(fā)展標準化、科學化的中式菜肴檢測技術,突破關鍵共性技術問題,提升中式菜肴生產(chǎn)技術的自動化水平。4)以全球視野謀劃和推動食品科技創(chuàng)新國際合作交流。主動布局和融入全球創(chuàng)新網(wǎng)絡,打造國際食品科技交流與合作基地,加大食品先進制造技術和高端智力引進力度,統(tǒng)籌推進中國食品產(chǎn)業(yè)科技走出去,提升我國在全球食品科技創(chuàng)新領域的地位。
2.農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全
戰(zhàn)略需求和重點發(fā)展方向:1)營養(yǎng)品質(zhì)評價與保持方面,針對我國大宗和特色農(nóng)產(chǎn)品,重點開展化學物質(zhì)基礎研究,針對特征營養(yǎng)成分和功能因子在貯運、保鮮、加工、烹飪過程中的變化規(guī)律、化學修飾、營養(yǎng)及有害中間物質(zhì)產(chǎn)生開展過程評價研究。2)加工過程危害物評估與控制方面,以加工過程產(chǎn)生的內(nèi)源危害物及農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)源產(chǎn)生的危害物為研究對象,重點研究評估產(chǎn)生機制與轉(zhuǎn)化規(guī)律,建立阻斷、控制、去除技術。3)農(nóng)產(chǎn)品加工在線監(jiān)測技術與裝備方面,重點開展典型加工、儲藏過程中主要危害物在線監(jiān)測、農(nóng)產(chǎn)品成分分析、損傷探測理論、技術及裝備研究。
戰(zhàn)略思路與對策措施:1)全面推進協(xié)同創(chuàng)新,依托農(nóng)產(chǎn)品加工、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全領域多個農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟,依托農(nóng)業(yè)部產(chǎn)業(yè)技術體系的農(nóng)產(chǎn)品加工、質(zhì)量安全與營養(yǎng)評價專家崗位,全面推進協(xié)同創(chuàng)新,強化基礎理論與技術在農(nóng)產(chǎn)品加工領域具體問題中的應用。2)深化國際交流合作,在重點學科領域建立穩(wěn)定、通暢的國際合作渠道,形成政府間、機構(gòu)間、實驗室間多層次合作交流模式,積極主動參與國際科學研究計劃。3)大力助推產(chǎn)業(yè)升級,學科發(fā)展全面對接產(chǎn)業(yè),針對產(chǎn)業(yè)中急需解決的共性問題,闡明機制規(guī)律、突破關鍵技術、研制裝備設施、配套技術標準,大力開展示范應用,形成農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全管控綜合方案。
3.食品營養(yǎng)與功能
戰(zhàn)略需求和重點發(fā)展方向:立足“健康中國2030”的背景,大力發(fā)展營養(yǎng)健康膳食和功能食品相關產(chǎn)業(yè),保障國民營養(yǎng)健康、增強國民身體素質(zhì),是我國未來幾十年經(jīng)濟升級轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)換代發(fā)展的戰(zhàn)略機遇。未來重點發(fā)展方向主要有:1)加強營養(yǎng)功能成分活性保持與遞送關鍵核心技術研發(fā),在加工和貯運過程中實現(xiàn)營養(yǎng)功能組分的活性保持;2)加強營養(yǎng)功能成分分析檢驗技術研發(fā),采用不斷更新和進步的分析技術手段及裝備,實現(xiàn)功能成分的精準定量和定性分析;3)構(gòu)建我國食品原料及制成品營養(yǎng)健康的大數(shù)據(jù)庫,突破基于大數(shù)據(jù)的個性化營養(yǎng)功能性食品設計技術,實現(xiàn)營養(yǎng)健康需求精準對接、產(chǎn)品靶向設計;4)營養(yǎng)功能食品品質(zhì)改良與制造技術方面,重點開展高功能活性食品原料篩選、食品配方的靶向設計、加工過程中營養(yǎng)功能品質(zhì)調(diào)控研究、加工裝備先進制造;5)營養(yǎng)功能食品功效評價技術方面,重點開展營養(yǎng)組學研究,解析食品營養(yǎng)功能組分對健康影響的作用機制,建立基于個體基因組特征的膳食干預方法和營養(yǎng)保健措施。
戰(zhàn)略思路與對策措施:1)加強協(xié)同科研工作機制,融合上下游產(chǎn)業(yè)鏈,覆蓋食品加工原料選育和種養(yǎng)殖、加工、營養(yǎng)健康評價和工作機制探討等多個環(huán)節(jié),構(gòu)建食品營養(yǎng)與功能學科創(chuàng)新體系。2)加強基礎理論和共性關鍵技術攻克,構(gòu)建營養(yǎng)功能成分的基礎理論體系,攻克營養(yǎng)功能組分高效運載及靶向遞送、營養(yǎng)代謝組學大數(shù)據(jù)挖掘等核心關鍵技術,開發(fā)多樣性和個性化營養(yǎng)健康食品,實現(xiàn)營養(yǎng)靶向設計和健康食品精準制造,滿足不同層次消費人群的需求。3)結(jié)合現(xiàn)代食品加工技術,加快特殊人群營養(yǎng)功能食品創(chuàng)制,拓寬營養(yǎng)功能食品的產(chǎn)業(yè)范疇。4)加快營養(yǎng)健康食品智能化制造技術突破,實現(xiàn)智能制造技術融入營養(yǎng)健康食品的加工設備、生產(chǎn)和管理,推動食品工業(yè)轉(zhuǎn)型升級。5)注重食品營養(yǎng)功能領域高端人才引進和培養(yǎng),培養(yǎng)具有國際影響力的學科領軍人物,打造一流學科人才團隊。
4.農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮
戰(zhàn)略需求和重點發(fā)展方向:1)農(nóng)產(chǎn)品貯運減損基礎理論與共性關鍵技術研究,研究不同物流環(huán)境條件及新型保鮮技術下農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后生物學變化規(guī)律與機理,開發(fā)物流環(huán)境精準調(diào)控、產(chǎn)品品質(zhì)控制、質(zhì)量安全監(jiān)測預測等核心技術。2)農(nóng)產(chǎn)品貯運減損新材料新裝備研制,研究天然、生物、高效的新型保鮮劑,開發(fā)綠色、智能、活性保鮮包裝,研制符合我國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后流通體系的保鮮裝備。3)生物防治技術,由于具有環(huán)境友好、貯藏環(huán)境小,貯藏條件較好控制,處理目標明確,避免紫外線和干燥的破壞作用等優(yōu)點,生物防治技術將成為貯運保鮮綜合技術的重要內(nèi)容。4)農(nóng)產(chǎn)品物聯(lián)技術集成,研發(fā)全生產(chǎn)環(huán)節(jié)與物聯(lián)網(wǎng)融合的新技術和新裝備,集成食用農(nóng)產(chǎn)品綠色供應鏈綜合保障技術。
戰(zhàn)略思路與對策措施:1)加強精準控溫裝備設備硬件建設。目前我國冷藏設施裝備的溫度精度不高,限制了農(nóng)產(chǎn)品長期貯存,加強精準控溫裝備設備等硬件建設是提高農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮的關鍵。2)實用保鮮技術應同時注重商業(yè)可行性與技術有效性,結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟情況與果蔬種類、品種特性和生產(chǎn)成本等因素。3)進一步加強我國特色果蔬保鮮技術的應用規(guī)模,做好專利授權(quán)應用、技術轉(zhuǎn)讓和技術服務,促進果蔬產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。
?。ㄈ┺r(nóng)業(yè)耕作制度
1.作物栽培與生理
戰(zhàn)略需求和重點發(fā)展方向:1)作物高產(chǎn)高效栽培技術及理論的研究,開展主要糧食作物高產(chǎn)高效栽培理論與技術,挖掘作物更高產(chǎn)與高效的潛力,實現(xiàn)作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、綠色生態(tài)技術的集成和標準化。2)作物質(zhì)量安全與優(yōu)質(zhì)栽培技術研究,在作物無公害、綠色、有機栽培關鍵技術上取得新突破。3)作物機械化與輕簡化栽培技術研究。加強作物高產(chǎn)高效全程機械化生產(chǎn)技術研究和推廣,研究輕簡栽培原理與精確定量化技術。4)作物節(jié)水抗旱與高效施肥技術研究,提高農(nóng)業(yè)水資源和肥料資源的利用效率。5)作物抗逆減災栽培技術研究。重點研究作物生產(chǎn)力對氣候變化的響應與適應,建立抗逆、安全、高效新型農(nóng)作制模式與技術。6)作物信息化智能化栽培技術研究。重點研發(fā)作物實用栽培管理信息系統(tǒng)、遠程和無損檢測診斷信息技術、生長模擬與調(diào)控技術等。7)作物栽培生態(tài)生理生化研究,及從激素、酶學、分子等微觀角度開展作物生長發(fā)育、產(chǎn)量品質(zhì)形成等的分子機理研究。
戰(zhàn)略思路與對策措施:1)加強學科現(xiàn)代化建設,加強作物栽培生理與高新技術及相關學科相互交叉滲透,提高基礎理論創(chuàng)新水平與科技成果轉(zhuǎn)化能力。2)抓住作物生產(chǎn)中迫切需要解決的難點與熱點問題,不斷加強攻關創(chuàng)新。3)不斷提高區(qū)域化作物生產(chǎn)集成技術水平,推動我國作物高產(chǎn)高效與綠色可持續(xù)發(fā)展。
2.作物生態(tài)與耕作
戰(zhàn)略需求和重點發(fā)展方向:1)作物輪作方面,重點研究構(gòu)建新型輪作休耕模式,闡明輪作制度效應機理與機制,研究輪作休耕的綠色補貼政策和制度區(qū)劃。2)作物間套作方面,重點突破全程機械化和配套除草技術,研究作物種間相互作用與產(chǎn)量優(yōu)勢、光熱、水分和養(yǎng)分高效利用的關系,加強相關基礎性長期性工作,研究間套作對氣候變化的適應性、間套作病蟲害控制機制,建立間套作作物結(jié)構(gòu)功能模型。3)土壤耕作方面,重點研發(fā)區(qū)域土壤耕作制以及相配套機具,構(gòu)建區(qū)域土壤輪耕制,開展保護性農(nóng)業(yè)長期效應研究與評價、技術推廣的組織機制與償政策研究。4)農(nóng)田固碳減排方面,重點加強農(nóng)田碳循環(huán)和碳匯效應研究,創(chuàng)新農(nóng)田管理技術體系,加強農(nóng)田生物固碳減排技術研究等。
戰(zhàn)略思路與對策措施:1)作物輪作方面,進一步強調(diào)“輪作休耕”是落實國家“藏糧于地”重大戰(zhàn)略的重要舉措,堅持輪作為主、休耕為輔,加大政策扶持、強化科技支撐;分類實施、突出重點區(qū)域,逐步構(gòu)建國家耕地輪作休耕制度整體規(guī)劃。2)作物間套作方面,因地制宜開展生態(tài)型復合種植,充分發(fā)揮豆科作物的生物固氮潛力和培肥地力的作用,增加農(nóng)田生物多樣性。3)土壤耕作方面,針對不同區(qū)域氣候、土壤和種植制度的差異,通過農(nóng)藝措施的改良帶動農(nóng)業(yè)機械全程化、規(guī)模化使用,改善土壤耕層結(jié)構(gòu)、維持和促進作物生長、降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境代價。4)農(nóng)田固碳減排方面,推動實施“到2020年化肥使用量零增長行動”和“到2020年農(nóng)藥使用量零增長行動”,推動農(nóng)村沼氣轉(zhuǎn)型升級,提高秸稈綜合利用水平,實施保護性耕作等。
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撰寫人:梅旭榮、劉布春、呂國華

